(共32张PPT)
点击添加文本
点击添加文本
点击添加文本
点击添加文本
1.2 种群的数量特征
我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快,因而我们要常洗手。假设在营养和生存空间没有限制的情况下,某种细菌每20 min就通过分裂繁殖一代。
讨论:
1.第n代细茵数量的计算公式是什么?
2.72h后,由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少?
设细菌初始数量为N0,第一次分裂产生的细菌为第一代,数量为N0x2,第n代的数量为Nn= N0×2n。
细菌繁殖产生的后代数量
2216个。
问题探讨:
我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快,因而我们要常洗手。假设在营养和生存空间没有限制的情况下,某种细蔺'每20 min就通过分裂繁殖一代。
讨论:
3.在一个培养瓶中,细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗?如何验证你的观点?
不会。因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。
细菌繁殖产生的后代数量
问题探讨:
以上数学模型的建构假设是理想条件(资源和生存空间没有限制),在自然界中,有没有这种类型的增长呢?
一.出生率、死亡率
3.以时间为横坐标,细菌数量为纵坐标,画出细菌的数量增长曲线
时间/min 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
繁殖代数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
细菌数量/个 20
请根据公式算出一个细菌产生的后代在不同时间数量,并填入右表
2
4
8
16
32
64
128
256
512
曲线图:直观,但不够精确。
数学公式:精确,但不够直观。
思考:曲线图与数学公式比较,有哪些优缺点?
描述、解释和预测种群数量的变化,常常需要建立数学模型。
数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
适当的数学形式表达
提出问题
提出合理的假设
检验或修正
细菌每20min分裂一次,细菌数量是怎样变化的?
资源和空间无限多,细菌种群增长不受种群密度增加的影响
列表格,画曲线,推公式
观察、统计细菌数量,对自己所建立的模型进行检验或修正
科学方法: 建立数学模型
研究方法
研究实例
一.建构种群增长模型的方法
思考:以上讨论的是在实验条件下种群的数量变化,在自然界中种群的数量变化情况如何?
资料1 1859年,一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔,一个世纪后,这24只野兔的后代竟超过6亿只。
资料2 20世纪30年代,人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年,这个种群增长如右图所示。
讨论:
1.这两个资料中的种群增长有什么共同点?出现这种增长的原因是什么 ?
种群数量增长迅猛。原因是食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等
2.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去?为什么?
不能。因为资源和空间是有限的。
二.种群数量的增长模型
①条件:
食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害(即无环境阻力)
种群的数量每年以一定的倍数增长,
第二年的数量是第一年的λ倍
注意,J形增长的λ为定值;
若λ不为定值,则说明种群数量变化非J形增长;
A.思考:哪些情况下可能出现这种条件?
实验室条件下、迁移入新环境(如物种入侵)
B.思考:生物迁入新环境一定会出现“J”形增长吗?
不一定
1.种群的“J”型增长
②数量变化:
(1)模
型假设
二.种群数量的增长模型
①数学公式: t年后种群的数量为______________;
参数含义:
N0为__________________;
t为______;
Nt表示____________________;
λ表示_____________________________;
②曲线图:
(2)建立模型
Nt=N0λt
该种群的起始数量
时间
t年后该种群的数量
该种群数量是前一年种群数量的倍数
注意:
该曲线的起点不是原点;
1.种群的“J”形增长
二.种群数量的增长模型
对“λ”的理解:
Nt=N0λt 表达式中,λ表示种群数量是前一年种群数量的倍数,不是增长率。
项目 种群数量变化 年龄结构
λ>1
λ=1
λ<1
增加
增长型
相对稳定
稳定型
减少
衰退型
只有λ>1且为定值时,种群增长才为“J”形增长。
【思考】当λ>1时,种群一定呈“J”形增长吗?
二.种群数量的增长模型
1-4年,种群数量呈___形增长
4-5年,种群数量__________
5-9年,种群数量__________
9-10年,种群数量_______
10-11年,种群数量_____________
11-13年,种群数量____________________________
前9年,种群数量第_______年最高
9-13年,种群数量第______年最低
“J”
增长
相对稳定
下降
下降
11-12年下降,12-13年增长
5
12
例1.据图说出种群数量如何变化
二.种群数量的增长模型
增长速率=(现有个体数-原有个体数)/增长时间
=(出生数-死亡数)/时间。(有单位,如个/年)
故增长率不能等同于增长速率。
种群增长率、增长速率
(1)增长率:
(2)增长速率:
增长率=(现有个体数-原有个体数)/原有个体数×100%
举例: “一个种群有1000个个体,一年后增加到1100”,则该种群的增长率为:
举例: “一个种群有1000个个体,一年后增加到1100”,则该种群的增长速率为:
[(1100-1000)/1000]×100%=10%
(1100-1000)/1年=100个/年
种群增长速率就是曲线上通过每一点的切线(即斜率)
二.种群数量的增长模型
增长率=λ-1
=
×100%
增长率 =
末数-初数
Nt-Nt-1
Nt-1
初数
=(λ-1)×100%
Nt=N0λt
=
增长速率=
末数-初数
单位时间
Nt-Nt-1(个)
t(年)
实质就是“J”型曲线的斜率
增长速率=(λ-1)N0λt -1
1.种群的“J”形增长
二.种群数量的增长模型
生态学家高斯的实验:在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫,每隔24 h统计一次大草履虫的数量。经反复实验,结果如下图所示。
如果遇到资源、空间等方面的限制,种群还会呈“J”型增长吗?
不会
如何验证这个观点?
2.种群的“S”形增长
二.种群数量的增长模型
(1)模型假设 : 资源和空间有限,天敌的制约等(即存在环境阻力)
2.种群的“S”形增长
二.种群数量的增长模型
出生率大于死亡率, 此时种群增长速率最大;
0C段(不包括C):
B点:
C点:
出生率大于死亡率
出生率等于死亡率,此时种群的增
长速率为零,种群数量趋于稳定,
种群数量达到环境容纳量(即K值)。
种群数量达到最大,且种内斗争最剧烈
(1)模型假设 : 资源和空间有限,天敌的制约等
(即存在环境阻力)
2.种群的“S”形增长
A
B
C
0
大草履虫种群的增长曲线
二.种群数量的增长模型
(3)曲线图分析:
ab段:
bc段:
cd段:
de段:
种群基数小,需要适应新环境,增长较缓慢;
资源和空间丰富,出生率升高,种群数量增长迅速;
资源和空间有限,种群密度增大,种内竞争加剧,
出生率降低,死亡率升高,种群增长减缓;
出生率约等于死亡率,种群增长速率几乎为0,种群数量达到K值,且维持相对稳定。
2.种群的“S”形增长
二.种群数量的增长模型
“S”型曲线与其增长率、增长速率的关系
①增长速率先增大后减小,最后为0。
②当种群数量为k/2时,增长速率达到最大。
增长速率实质就是“S”型曲线的斜率
种群数量
K/2,
=K/2,
K/2,
=K,
增长速率为0
增长速率逐渐减小
增长速率最大
增长速率逐渐增大
(4)特点:
时间
0
增长率
或
0
t0 t1 t2 时间
0 K/2 K
增长速率
f
g
h
二.种群数量的增长模型
(5)K值、K/2的四种不同表示方法:
2.种群的“S”形增长
K值
二.种群数量的增长模型
①在环境不遭受破坏的情况下, 种群数量会在 上下波动。当种群数量偏离K值的时候,会通过 调节使种群数量回到K值。
(6)同一种生物的K值
不是固定不变的:
K值会随着环境的改变
而发生变化, 当环境遭受
破坏时,K值变化是_____;
当环境条件状况改善时,K值会_____。
负反馈
下降
上升
K值附近
2.种群的“S”形增长
二.种群数量的增长模型
②K值并不是种群数量的最大值:
K值是环境容纳量,即在保证环境不被破坏的前提下所能容纳的最大值;种群所达到的最大值会超过K值,但这个值存在的时间很短,因为环境已遭到破坏。
2.种群的“S”形增长
二.种群数量的增长模型
(7)K值与K/2值在实践中的应用:
①对野生生物资源和濒危物种的保护:
建立自然保护区:
提高环境容纳量
2.种群的“S”形增长
K/2
t0 t1 t2 时间
种群数量
K
a
b
c
d
e
②对野生生物资源的利用:(合理开发利用)
渔业捕捞应在 ;
捕捞后鱼的种群数量维持在 。
K/2以后
K/2
千岛湖捕鱼的盛况
K/2值处,种群增长速率最大,再生能力最强,维持被开发资源的种群数量在K/2值处,可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”,从而不影响种群再生,符合可持续发展的原则。
二.种群数量的增长模型
③对有害生物防治:
在 捕杀。
降低环境容纳量;
K/2前
实例:如灭鼠时及时控制种群数量,严防达到____值,若达到该值,会导致该有害生物成灾。
K/2
(7)K值与K/2值在实践中的应用:
2.种群的“S”形增长
④为引进外来物种提供理性的思考。
必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害,即是否会构成生物入侵。
二.种群数量的增长模型
①图中阴影部分表示什么?
②环境阻力如何用自然选择学说
内容解释?
③“S”形曲线中,有一段时期近似于“J”形曲线,这一段是否等同于“J”形曲线?为什么?
环境阻力
生存斗争中被淘汰的个体数。
不等同,已经存在环境阻力。
(8)种群增长的“J”形曲线与“S”形曲线
“J”型曲线无 K值, 无种内斗争, 无天敌。
2.种群的“S”形增长
规律总结
2. “S”型曲线与其增长速率、增长率的关系
1. “J”型曲线与其增长速率、增长率的关系
在“S”型曲线中,种群增长速率先增大后减小,
增长率逐渐减小。
在“J”型曲线中,种群增长速率逐渐增大,
增长率基本不变。
例2.图1表示某种群数量变化的相关曲线图,图2是在理想环境和自然条件下的种群数量增长曲线。下列有关叙述错误的是 ( )
A.图2中曲线X可表示图1中前5年种群数量的增长情况
B.图1中第10年种群数量对应图2中曲线Y上的C点
C.图2中B点时种群增长速率最大
D.图1中第15年种群数量最少
D
三.种群数量的波动
在自然界,有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。
对于大多数生物种群来说,种群数量总是在波动中。
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
1.种群数量的相对稳定
2.种群数量的波动
在K值不变的情况下,种群的数量总是围绕着K值上下波动。
三.种群数量的波动
3.种群数量的爆发
处在波动状态的种群,在某些特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。
4.种群数量的下降
当种群长久处于不利条件下,种群数量会出现持续性的或急剧的下降。如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏。
种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少,种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。
对于那些已经低于种群延续所需要的最小种群数量的物种,需要采取有效的措施进行保护。
一、概念检测
1.在自然界,种群数量的增长既是有规律的, 又是复杂多样的。判断下列相关表述是否正确。
(1)将一种生物引入一个新环境中,在一定时期内,这个生物种群就会出现“J”形增长。( )
(2)种群的“S”形增长只适用于草履虫等单细胞生物。 ( )
(3)由于环境容纳量是有限的,种群增长到—定数量就会保持稳定。( )
练习与应用
×
×
×
2.对一个生物种群来说,环境容纳量取决于环境条件。据此判断下列表述正确的是 ( )
A.对甲乙两地的蝮蛇种群来说,环境容纳量是相同的
B.对生活在冻原的旅鼠来说,不同年份的环境容纳量是不同的
C.当种群数量接近环境容纳量时,死亡率会升高,出生率不变
D.对生活在同一个湖泊中的鲢鱼和鲤鱼来说,环境容纳量是相同的
练习与应用
B
二、拓展应用
1.种群的“J”形增长和“S”形增长,分别会在什么条件下出现?你能举出教材以外的例子 加以说明吗?
练习与应用
【答案】在食物充足、空间广阔、气候适宜、没有天敌等优越条件下,种群可能会呈“J”形增长。例如,澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达14年的研究,发现在环境条件较好的年份,它们的种群数量增长迅速,表现出季节性的“J”形增长。在有限的环境中,如果种群的初始密度很低,种群数量可能会出现迅速增长,随着种群密度的增加,种内竞争就会加剧,因此,种群数量增加到一定程度就会停止增长,这就是“S”形增长。例如,栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长,常常具有“S”形增长的特点。
二、拓展应用
2.假设你承包了一个鱼塘,正在因投放多 少鱼苗而困惑:投放后密度过大,鱼竞争加剧, 死亡率会升高;投放后密度过小,水体的资源和 空间不能充分利用。怎样解决这个难题呢?请査 阅有关的书籍或网站。
练习与应用
【提示】同样大小的池塘,对不同种类的鱼来说,环境容纳量是不同的。可以根据欲养殖的鱼的种类,查阅相关资料或请教有经验的人,了解单位面积水面应放养的鱼的数量。